核心素養(yǎng)下非常規(guī)實驗在初中物理教學(xué)中的應(yīng)用

■山東省淄博市淄川實驗中學(xué) 李 燕

初中物理學(xué)科是以實驗論證為依據(jù)，進(jìn)而獲得科學(xué)規(guī)律的理性學(xué)科。在新課改的時代背景下，教師的教學(xué)理念也不斷與時俱進(jìn)，從提升學(xué)生的學(xué)科成績，轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)能力。所謂核心素養(yǎng)能力，是指在長遠(yuǎn)發(fā)展和終身發(fā)展的各種活動參與中能具備的品格和關(guān)鍵能力，包括知識、情感、技能、態(tài)度和價值觀等方方面面。教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)理念的改變，必然需要對應(yīng)的教學(xué)方法的創(chuàng)新實踐。本文將結(jié)合實踐經(jīng)驗，從核心素養(yǎng)培養(yǎng)的角度對非常規(guī)的實驗教學(xué)展開簡要的分析論述。

一、初中物理實驗教學(xué)核心素養(yǎng)概念的簡要解讀

初中物理是一門自然學(xué)科，主要研究物質(zhì)本身、物質(zhì)之間的相互作用、物質(zhì)運動規(guī)律等方面的內(nèi)容。自然學(xué)科的教學(xué)活動，整體的教學(xué)目標(biāo)也就是全面培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，而非是簡單地記住某一個公式和定律。這些科學(xué)知識的總結(jié)歸納，本身就是人們在長期的生活實踐探索中逐步形成的系統(tǒng)的、理論的、正確的認(rèn)知。因此，在提出新課改的理念后，在眾多教育專家的精心研討下，明確物理學(xué)科的教學(xué)內(nèi)容主要圍繞邏輯思維、教學(xué)表達(dá)和實驗基礎(chǔ)而展開，同時，提出物理觀念、科學(xué)思維、實驗探究和科學(xué)態(tài)度和責(zé)任四個方面的核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)。物質(zhì)決定意識，實踐是一切發(fā)展的根本。因此，實驗教學(xué)是重要的教學(xué)手段，是引導(dǎo)學(xué)生在實踐探究和自主成長中實現(xiàn)創(chuàng)新精神、質(zhì)疑精神、合作意識、實踐能力、科學(xué)態(tài)度等多方面能力的有效途徑。

二、初中物理教學(xué)中的常規(guī)實驗和非常規(guī)實驗

所謂實驗，就是為了論證某一結(jié)論，利用特定的設(shè)備和儀器，創(chuàng)設(shè)一定的情境環(huán)境，借助對某些研究對象的把控和改變，從觀察現(xiàn)象，得出結(jié)果，進(jìn)而獲得科學(xué)規(guī)律。

過去，受到教學(xué)觀念落后、教學(xué)儀器缺乏等因素的影響，初中物理實驗教學(xué)長期存在著教學(xué)內(nèi)容狹窄、實驗情境創(chuàng)設(shè)不符合標(biāo)準(zhǔn)、強調(diào)展示性而非實踐性、強調(diào)學(xué)術(shù)性而非生活性和創(chuàng)新性等方面的問題。隨著新課改的深入，物理教學(xué)研究的深入，教研專家從課程資源的廣義角度，結(jié)合開發(fā)和利用兩個方面，提出了“常規(guī)”物理實驗和“非常規(guī)”物理實驗兩種教學(xué)發(fā)展模式。

“常規(guī)”物理實驗是指借助學(xué)校特定的教學(xué)設(shè)備和器具，遵守嚴(yán)格的操作步驟，進(jìn)行外在環(huán)境的人為改變而展開的實驗活動。這種實驗活動中，學(xué)生只參與其中的操作環(huán)節(jié)和論證環(huán)節(jié)。相對而言，“非常規(guī)”物理實驗是借助生活環(huán)境中更廣泛的材料、器具和物品等資源設(shè)備，進(jìn)行實驗器具的自主研制，進(jìn)而展開的實驗活動。由此可知，“非常規(guī)”實驗的特點比較明顯，材料高度生活化，實驗操作簡單，實驗自創(chuàng)性強。從整體的物理學(xué)科而言，“常規(guī)”和“非常規(guī)”二者之間是相互融合、相互補充的，共同構(gòu)成完整的實驗教學(xué)體系，從而引導(dǎo)學(xué)生實現(xiàn)物理學(xué)科素養(yǎng)的全面培養(yǎng)和提升。然而在當(dāng)前的教學(xué)改革環(huán)境下，非常規(guī)物理實驗的價值更加突顯。首先，“非專業(yè)”化的資源配置，將更多的生活內(nèi)容引入其中，隨處可見的各種器材，乃至人體本身，對提升學(xué)生的參與興趣，促進(jìn)學(xué)生的思維發(fā)散都有重要的作用。其次，“非常規(guī)”實驗的實驗步驟和實驗方法，并沒有現(xiàn)成的標(biāo)準(zhǔn)模型可借鑒，有利于學(xué)生在自主性實驗中獲得深刻的參與樂趣，并深化觀察能力和創(chuàng)新思維。除此之外，在選拔性的考試活動中，全面考查學(xué)生的實驗?zāi)芰Τ蔀橼厔?，主要就是借助簡單的、生活化的、設(shè)計性的實驗判斷學(xué)生在不同情境下獨立解決問題的能力和遷移能力。這些實驗通常就是新穎的、非常規(guī)的，體現(xiàn)了對學(xué)生思維廣闊性、敏捷性的考查要點，也能有效反應(yīng)學(xué)生的動手操作能力和基本實驗技能的掌握程度?；诖耍瑸榱饲袑嵦嵘龑W(xué)生的核心素養(yǎng)能力，教師要高度重視非常規(guī)物理實驗的有效應(yīng)用。

三、初中物理非常規(guī)實驗教學(xué)的運用策略

非常規(guī)物理實驗通常是依據(jù)當(dāng)時教學(xué)環(huán)境的現(xiàn)有條件，充分借助生活中的各種簡易物品，靈活展開實驗活動的過程。目前，這方面的課程資源尚不豐富，并沒有固定的模式可以借鑒?；诖耍處熞J(rèn)真分析具體情況，才能實現(xiàn)非常規(guī)實驗教學(xué)的有效開發(fā)和高效運用。

（一）在導(dǎo)入環(huán)節(jié)，借助非常規(guī)物理實驗，激發(fā)參與興趣

從生活中進(jìn)行實驗器材的選擇，是非常規(guī)物理實驗的重要特征。同時，借助生活化的物理情境，并引導(dǎo)相關(guān)的動手實踐操作，是調(diào)動學(xué)生生活經(jīng)驗，提升參與興趣的重要途徑。在長期的傳統(tǒng)教學(xué)環(huán)境中，部分教師的教學(xué)思維逐漸固化，知識引入通常就是借助情境環(huán)境的語言描述或視覺刺激，嚴(yán)重影響學(xué)生的全面參與程度。在任何的學(xué)習(xí)活動中，學(xué)生的主體地位都必須得到尊重和落實?；诖耍處熆梢越柚浅Ｒ?guī)物理實驗，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

比如，在“物體間力的作用是相互的”知識學(xué)習(xí)中，教師可以開展這樣的實驗活動。學(xué)生一只手握住鉛筆的一端，將筆尖壓向另一手指，很容易體驗到施力物體對受力物體的作用。如此一來，學(xué)生對物體之間力的相互作用產(chǎn)生初步理解，并產(chǎn)生這種相互作用是否具有普遍性的疑問，從而激發(fā)學(xué)生對這一知識點的探究興趣，還為下一步對壓強的學(xué)習(xí)做好了鋪墊。

（二）在論證環(huán)節(jié)，借助非常規(guī)物理實驗，提升思維能力

實驗活動可以貫穿在物理教學(xué)的各個環(huán)節(jié)。在論證某一規(guī)律或定理時，物理實驗是必不可少的操作步驟。一些容易操作的、對實驗器具要求不嚴(yán)格的驗證活動都可以借助非常規(guī)物理實驗完成。這也是豐富課堂資源，鍛煉學(xué)生動手操作能力，提升教學(xué)效率的必然選擇。基于此，教師可以借助非常規(guī)物理實驗，提升學(xué)生的思維認(rèn)知能力。

比如，在摩擦力的知識學(xué)習(xí)中，分析摩擦力的影響因素。結(jié)合日常生活經(jīng)驗，學(xué)生提出接觸面粗糙程度不同會影響摩擦力大小的猜想和假設(shè)。為了使學(xué)生真正實現(xiàn)“做中學(xué)”，深刻理解相關(guān)的知識，教師可以組織這樣的非常規(guī)實驗，選擇兩個在容積大小方面完全相同的玻璃杯，其中一個在杯面添加清潔劑。學(xué)生兩手各拿一個空玻璃杯，在空中保持一致的高度。之后，其他學(xué)生同時向這兩個杯子中按照相同的速度添加水，進(jìn)而發(fā)現(xiàn)兩個杯子在下落程度方面出現(xiàn)明顯的差異。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生分析證據(jù)、原理，進(jìn)而得出正確的結(jié)論。

（三）在練習(xí)環(huán)節(jié)，借助非常規(guī)物理實驗，促進(jìn)全面發(fā)展

實驗是物理學(xué)科的靈魂，物理學(xué)科核心素養(yǎng)之間也是相互影響和相互促進(jìn)的關(guān)系。練習(xí)活動是鞏固學(xué)生知識成果，進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生思維靈活發(fā)展，實現(xiàn)知識多元融合的必然手段。傳統(tǒng)的物理練習(xí)，通常都是紙上談兵，具有一定的理論局限性。非常規(guī)物理實驗在材料準(zhǔn)備和操作過程中都具有簡潔性和便捷性。因此，在新課改教學(xué)模式如火如荼的探索實踐中，將非常規(guī)物理實驗引入練習(xí)環(huán)節(jié)，是促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)全面發(fā)展的必然選擇。

比如，在杠桿知識練習(xí)中，教師可以引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合生活經(jīng)驗，自主設(shè)計一個非常規(guī)實驗，進(jìn)而完成材料選擇、器具制作、過程論證、結(jié)論總結(jié)、經(jīng)驗分享各個環(huán)節(jié)。在這個過程中，學(xué)生的物理實驗素養(yǎng)和生活應(yīng)用素養(yǎng)都得到有效鍛煉。需要注意的是，實驗設(shè)計必須充分考慮安全性和易于操作性。

四、初中物理非常規(guī)實驗教學(xué)的注意事項

（一）堅持學(xué)生主體原則，給予科學(xué)恰當(dāng)?shù)闹笇?dǎo)

學(xué)生是學(xué)習(xí)活動的主體，必須全面參與非常規(guī)物理實驗活動。從實驗設(shè)計，到實驗操作以及結(jié)論分析，每一個環(huán)節(jié)都不可缺少。這樣學(xué)生才能真正理解物理實驗的內(nèi)涵，獲得全面的核心素養(yǎng)培養(yǎng)。同時，初中學(xué)生正處在物理啟蒙階段，動手動腦，全方位的實踐參與，也有利于激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，豐富其學(xué)習(xí)閱歷。傳統(tǒng)的教師主導(dǎo)的實驗教學(xué)具有很大的局限性，影響學(xué)生的自主發(fā)揮和表現(xiàn)。同時，非常規(guī)實驗具有組織操作的方便性，為學(xué)生的全面實踐參與提供了可能。因此，教師要特別重視和落實學(xué)生的主體原則，給予各方面的參與引導(dǎo)。

首先，初中生在物理實驗方面的實踐參與經(jīng)驗相對較少，對常用的實驗方法也缺乏足夠的了解，因此在提出實驗假想方面通常是毫無思路。教師要給予這方面的指導(dǎo)和啟發(fā)，進(jìn)而學(xué)生才能結(jié)合生活經(jīng)驗，提出相關(guān)的實驗建議。一般而言，常用的實驗方法如下。在物理學(xué)中，控制變量法是一種常用的研究方法，在對某個變量進(jìn)行研究時，控制其他因素不變，只選擇一個因素進(jìn)行條件改變，進(jìn)而減少對未知量的認(rèn)知誤差。生活中很多物理現(xiàn)象的發(fā)生，都是在綜合因素的作用下實現(xiàn)的，同時不同外力環(huán)境會導(dǎo)致具體結(jié)果的不同。因此，教師可以結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生借助控制變量法完成實驗活動。在摩擦力的影響因素分析中，就可以采用這種方法。 轉(zhuǎn)換法主要是指將不容易被看見或感知的物理量，借助具有同等功效和作用的物理量代替，進(jìn)而完成實驗探索過程的一種方法。在液體壓強和大氣壓強的學(xué)習(xí)活動中，就可以借助這種實驗思想。等效替代法是指在物理實驗中，為了使問題簡化，借助某一物理量代替其他不方便使用的所有物理量，但不會改變結(jié)果。如用合力替代各個分力，用總電阻替代各部分電阻，在探究平面鏡成像的特點時用玻璃板代替平面鏡，浮力替代液體對物體的各個壓力等。上面列舉的幾種實驗方法，既是科學(xué)家展開實驗研究的常用方法，也是學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中的常用方法。靈活掌握這些探究問題的物理方法，能更好地發(fā)揮主觀能動性，更好地參與實驗獲得，并獲得核心素養(yǎng)的有效培養(yǎng)。除此之外，在長期的物理學(xué)發(fā)展過程中，很多非常規(guī)實驗活動已經(jīng)被提出設(shè)想和實踐論證過。學(xué)生在相關(guān)的學(xué)習(xí)活動或考試測驗中，都應(yīng)該接觸過，也需要自主進(jìn)行這方面的內(nèi)容總結(jié)。

其次，教師要給予實驗過程的指導(dǎo)。在實驗活動中，學(xué)生很容易提出各種實驗設(shè)想，但是某些實驗工具安全性相對缺乏，還有些不容易獲得和制作。教師也要做好這方面的指導(dǎo)。比如，需要用到試管、酒精燈等器材的實驗，或者學(xué)生做出猛烈肢體動作的論證活動。教師都需要進(jìn)行綜合考量，并提出合理性的改進(jìn)意見，確保安全性和可操作性。另外，在具體的實驗操作活動中，教師也要恰當(dāng)指導(dǎo)學(xué)生的規(guī)范動作和細(xì)節(jié)注意事項，從而使實驗結(jié)論更加嚴(yán)謹(jǐn)、客觀。

最后，在觀察結(jié)果、分析論證的活動中，教師也要恰當(dāng)參與，允許學(xué)生自由發(fā)言和表達(dá)，并借助專業(yè)的物理知識引導(dǎo)學(xué)生的思維認(rèn)知，而非簡單的結(jié)論或者對錯阻礙學(xué)生思維的自由發(fā)揮。除此之外，實驗報告也應(yīng)該在非常規(guī)物理實驗中得到落實，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)、規(guī)范、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奶顚?，全面深化實驗素養(yǎng)。在部分學(xué)生的觀念中，認(rèn)為非常規(guī)的小實驗不重要、不嚴(yán)肅，故而在態(tài)度和細(xì)節(jié)上存在隨意和不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)男袨?。這將會嚴(yán)重影響實驗結(jié)果，也會影響學(xué)生核心素養(yǎng)的有效培養(yǎng)。因此，教師必須注重這方面的思維認(rèn)知引導(dǎo)，規(guī)范學(xué)生的參與行為。

（二）具體情況具體分析，進(jìn)行科學(xué)恰當(dāng)?shù)倪\用

非常規(guī)物理實驗通常就是依托普遍的社會生活現(xiàn)象，進(jìn)行情境模型重現(xiàn)的一種方式。所有的物理知識都可以通過實驗活動得到論證。這并不代表所有的物理知識點的學(xué)習(xí)活動中，都需要展開非常規(guī)物理實驗。部分教師為了標(biāo)新立異，體現(xiàn)新課改模式的要求，力求在每次教學(xué)活動中，每個教學(xué)環(huán)節(jié)中，都引人非常規(guī)物理實驗，造成時間精力的浪費，嚴(yán)重影響了整體的教學(xué)進(jìn)度，也難以獲得理想的教學(xué)效果。基于此，教師要學(xué)會具體情況具體分析，科學(xué)恰當(dāng)?shù)亟M織非常規(guī)物理實驗。

比如，教師結(jié)合知識點，首先思考實驗活動的可行性設(shè)計方案，以及實驗活動可以達(dá)到的教育教學(xué)目標(biāo)，同時根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有的生活閱歷、實驗?zāi)芰秃诵乃仞B(yǎng)水平，分析整個實驗活動的價值，進(jìn)而做出是否應(yīng)用的選擇。以滑輪知識的學(xué)習(xí)為例，學(xué)生在這方面的認(rèn)知體驗普遍較少，導(dǎo)致對相關(guān)理論的理解深度不夠?；诖耍處熅涂梢越M織非常規(guī)實驗，豐富學(xué)生的體驗感，深化學(xué)生的物理素養(yǎng)。還有，在知識點的教學(xué)活動中，可以應(yīng)用非常規(guī)實驗的契機也是非常豐富的。通常而言，一個知識點只需要安排一次的實驗活動即可。教師要綜合分析整個教學(xué)過程，結(jié)合學(xué)生的參與狀態(tài)和重難點問題突破的要素進(jìn)行分析，力求使實驗活動取得最理想的教育效果。同樣，以滑輪知識為例，實驗操作相對復(fù)雜一些，知識理解相對困難一些。在這樣的背景下，教師就可以在規(guī)律歸納的環(huán)節(jié)，進(jìn)行非常規(guī)實驗的應(yīng)用。除此之外，教師還可以依托非常規(guī)物理實驗，引導(dǎo)學(xué)生自主展開生活實驗活動的自主探索工作。比如，組織相關(guān)的物理實驗設(shè)計比賽。又如，通過布置生活作業(yè)，引導(dǎo)學(xué)生生活觀察和生活實踐的方式，全面鍛煉學(xué)生的核心素養(yǎng)能力，并有效開闊學(xué)生的認(rèn)知視野。

總而言之，非常規(guī)實驗教學(xué)是物理實驗教學(xué)的重要組成部分，對學(xué)生核心素養(yǎng)能力的培養(yǎng)發(fā)揮著重要且不可替代的作用。教師需要高度重視對非常規(guī)物理實驗的研究和運用，能從具體的教學(xué)內(nèi)容和實際的學(xué)生情況出發(fā)，展開科學(xué)高效的科學(xué)設(shè)計和引導(dǎo)，進(jìn)而提高初中物理教學(xué)的整體效果，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的不斷發(fā)展進(jìn)步。